黃琪

摘要：在工程地質(zhì)條件復(fù)雜、軟弱透水層分布范圍廣、覆蓋層較厚等不利條件下，對(duì)大寨水庫(kù)河床段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)帷幕灌漿試驗(yàn)。灌漿試驗(yàn)采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔口封閉、自上而下分段灌漿工藝。對(duì)壩基巖層的可灌性進(jìn)行探討，分析了鉆孔壓水以及灌后的壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為下一步了帷幕灌漿施工提供了科學(xué)依據(jù)。也可為同類工程帷幕灌漿時(shí)提供參考意義。

Abstract： On-site curtain grouting test was carried out on the riverbed section of Dazhai Reservoir under the unfavorable conditions of complex engineering geological conditions， wide distribution of weak permeable layer and thick cover layer. The grouting test uses a geological drilling machine to drill holes and applies the closed orifice and the grouting process from top to bottom. The feasibility of the dam foundation rock layer is discussed， and the water pressure test data of the borehole and the water pressure after the irrigation are analyzed， which provides a scientific basis for the curtain grouting construction and can also provide reference for grouting of similar projects.

關(guān)鍵詞：帷幕灌漿；大寨水庫(kù)；效果分析；灌漿方法；單位耗灰量

Key words： curtain grouting； Dazhai Reservoir； effect analysis； grouting method； unit ash consumption

中圖分類號(hào)：TV62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0197-03

0 引言

大寨水庫(kù)位于四川省廣元市昭化區(qū)大朝鄉(xiāng)境內(nèi)、嘉陵江中上游右岸一級(jí)支流孟江溝流域，壩址位于孟江溝與架枧溝交匯處。水庫(kù)控制集水面積18.2km2，水庫(kù)正常蓄水位777.00m，相應(yīng)庫(kù)容1035萬(wàn)m3，死水位751.00m，死庫(kù)容76萬(wàn)m3，校核水位778.97m，總庫(kù)容1163萬(wàn)m3。是一座多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，為農(nóng)業(yè)灌溉、鄉(xiāng)村供水等綜合利用的中型水利工程。

1 工程地址條件

攔河大壩采用粉質(zhì)粘土夾碎礫石心墻石渣壩，根據(jù)地勘資料，河床覆蓋層厚20～42m。河床主要為粉質(zhì)粘土夾碎礫石、砂卵礫石、孤塊碎石土，厚19～40m，塊碎石成分主要為砂巖、礫巖，粒徑30～50cm居多，個(gè)別達(dá)1～2m，含量約占45～55%，孤石成分主要為礫巖，粒徑最大達(dá)3m。卵礫石夾砂大多表層結(jié)構(gòu)較松散，中下部為稍密～中密層。粉質(zhì)粘土可塑～硬可塑狀態(tài)，下伏基巖為J3l1-①之中厚～厚層砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層。巖層產(chǎn)狀N58°E/SE∠10～13°，傾右岸偏下游。

河床壩基孤塊石層及強(qiáng)風(fēng)化巖體屬?gòu)?qiáng)透水層；弱風(fēng)化巖體透水率q=10～50Lu，屬中等透水層；新鮮巖體屬弱透水層，q>5Lu透水帶厚度為20～43m。因此壩基存在滲漏和滲透穩(wěn)定問(wèn)題。大壩河床基礎(chǔ)帷幕線沿防滲墻中心（壩軸線）布置，防滲墻采用C20砼結(jié)構(gòu)，厚1m，下部入巖深度0.5m，上部插入泥巖心墻內(nèi)部。

2 現(xiàn)場(chǎng)灌漿設(shè)計(jì)

大寨水庫(kù)壩基帷幕灌漿設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用透水率值來(lái)衡量，要求檢查孔連續(xù)兩段壓水透水率值均≤5Lu。試驗(yàn)區(qū)孔位布置見(jiàn)圖1，布置一排灌漿孔，三序加密，共布置帷幕灌漿孔9個(gè)，呈線形布置，灌漿試驗(yàn)孔為鉛直孔。

本次灌漿試驗(yàn)的主要目的是：

①研究在破碎帶發(fā)育的巖層，薄墻混凝土條件下的灌漿工藝措施、施工程序、施工質(zhì)量。

②通過(guò)對(duì)檢查孔的壓水試驗(yàn)，以及鉆取防滲墻下部孔段巖芯樣本，研究基巖的可灌性，制定適宜的灌漿壓力與單位耗灰量，力求帷幕灌漿的經(jīng)濟(jì)性與合理性。

③驗(yàn)證、確定灌漿設(shè)計(jì)方案采用的孔排距布置，灌漿深度，灌漿材料，鉆灌參數(shù)，等有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，為灌漿優(yōu)化和整體基礎(chǔ)帷幕灌漿實(shí)施提供依據(jù)。

3 帷幕灌漿試驗(yàn)

3.1 施工工藝

本次灌漿試驗(yàn)是根據(jù)大寨水庫(kù)地勘資料中地層巖性、地質(zhì)條件和國(guó)內(nèi)已建類似水利工程的實(shí)踐，采用常用施工方法：孔口封閉、自上而下的分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿法，當(dāng)段內(nèi)吃漿率過(guò)大時(shí)，控制注入率，間歇性灌漿，待凝等措施控制灌注范圍。施工工藝流程圖如圖2所示。帷幕灌漿孔按分序加密原則逐序進(jìn)行施工，先施工Ⅰ序孔，其次施工II序孔，最后施工Ⅲ序孔。

3.2 施工方法

3.2.1 鉆孔

鉆孔采用XY-1B回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)，合金和金鋼石鉆頭鉆進(jìn)，穿透覆蓋層（擬建防滲墻）段采用？準(zhǔn)91mm鉆頭開(kāi)孔，當(dāng)穿透覆蓋層后，對(duì)已鉆取覆蓋層段下入套管，覆蓋層以下?lián)Q為？準(zhǔn)75mm鉆頭至終孔。各鉆孔段奇數(shù)段采用測(cè)斜儀測(cè)量各段孔斜度，保證成孔質(zhì)量。

3.2.2 裂隙沖洗及洗孔

各灌漿段在鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)段長(zhǎng)后，利用灌漿栓塞通入80%灌漿壓力（最大不超過(guò)1MPa）的有壓水流對(duì)孔內(nèi)沉渣和裂隙進(jìn)行沖洗，肉眼觀測(cè)返水無(wú)沉渣為止，沖洗時(shí)間不宜超過(guò)20min，沖洗結(jié)束之后，孔內(nèi)巖粉沉淀厚度不大于 20cm[1]。

3.2.3 壓水試驗(yàn)

各孔段在孔壁和裂隙沖洗完畢之后須做壓水試驗(yàn)，以了解原始地層的透水性，壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法分段簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)[2]。壓力采用灌漿壓力的80%。分段簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，不論巖層透水量大小，均以5min為時(shí)間段測(cè)記該時(shí)段內(nèi)的平均壓入流量與壓水壓力，連續(xù)試驗(yàn)20min即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算的流量與壓力，并計(jì)算該擬灌段的原始地層透水呂榮值[3]。

3.2.4灌漿

本工程帷幕灌漿試驗(yàn)采用自上而下分段孔口封閉法，配備灌漿自動(dòng)記錄儀進(jìn)行記錄，結(jié)合安裝在孔口回漿管路上的壓力表核對(duì)記錄儀的的準(zhǔn)確性。

一般在保證防滲墻允許的抬動(dòng)變形的條件下盡快達(dá)到設(shè)計(jì)的灌漿壓力。當(dāng)因孔段內(nèi)巖體破碎、裂隙發(fā)育而導(dǎo)致吸漿流量過(guò)大時(shí)，應(yīng)采取限壓限流措施，分級(jí)升壓，從而控制耗漿量，采取低壓限流宜控制灌入流量為30～35L/min為佳，避免在大壓力大吸漿率下，漿液擴(kuò)散范圍過(guò)遠(yuǎn)而造成水泥等材料的浪費(fèi)，以及長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)而誘發(fā)孔內(nèi)事故的發(fā)生[4]。各孔段灌漿使用壓力見(jiàn)表1。

3.2.5 水灰比

配置漿液濃度遵循由稀到濃的原則，使用水灰比（比重）為5：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1等五個(gè)比級(jí)，開(kāi)灌水灰比采用為5：1。

漿液濃度變換應(yīng)遵循以下原則：

①當(dāng)灌漿壓力保持不變，孔段裂隙吸漿率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)吸漿率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比[5]；

②當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量已達(dá)300L以上或灌注時(shí)間已達(dá)30min，而灌漿壓力和吸漿率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí)，應(yīng)改濃一級(jí)[5]。對(duì)于“顯著改變”，在本試驗(yàn)中量化為“吸漿率約為初始吸漿率的70%”；

③當(dāng)吸漿率大于30L/min時(shí)，根據(jù)施工具體情況，可越級(jí)變濃[5]。

3.2.6 帷幕孔終孔與封孔

防滲墻下各帷幕灌漿孔孔深擬定為45m且透水呂榮值？燮5Lu時(shí)，方可終孔，否則鉆孔應(yīng)繼續(xù)加深，直至達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)？燮5Lu時(shí)為止，無(wú)論該段透水率大小，必須對(duì)已鉆段灌至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)[6]。各帷幕灌漿孔終孔段灌漿結(jié)束之后，對(duì)驗(yàn)收合格的灌漿孔將進(jìn)行封孔，采用？準(zhǔn)25mm射漿鐵管插入孔底，向孔內(nèi)壓入0.5：1的濃漿，濃漿比重較大，會(huì)逐漸由沉積至孔底，并置換出孔內(nèi)積水，一直置換到孔口冒濃漿為止，并間歇20min后，再同種方法將剩余孔段全部回填完畢為止。

4 帷幕灌漿試驗(yàn)效果分析

4.1單位耗灰量與孔序之間的關(guān)系

帷幕灌漿試驗(yàn)孔的單位耗灰量見(jiàn)表2。

由表2可得出：隨著孔序的逐次加密，各次序孔的單位耗灰量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，尤其以Ⅱ序的更為明顯。Ⅱ序孔的單位耗灰量較Ⅰ序孔的單位耗灰量遞減28.14%。Ⅰ序孔因河床覆蓋層（防滲墻層）以下裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)松散，注入漿液隨裂隙擴(kuò)散至四周，故單位耗灰量最大；Ⅱ序、Ⅲ序孔單位耗灰量均小于Ⅰ序孔，是因?yàn)棰裥蚩坠酀{時(shí)已對(duì)下部較大破碎帶與裂隙進(jìn)行充填，而Ⅱ序孔灌注時(shí)，部分灌注范圍內(nèi)的大部分裂隙已被Ⅰ序灌注時(shí)充填，故耗灰量減少，符合灌漿規(guī)律。

4.2 灌前壓水成果分析

試驗(yàn)區(qū)灌前透水呂榮頻率值見(jiàn)表3，從表3可以得出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔透水率≤5Lu（1Lu=1L·min-1·MPa-1·m-1）的孔段累計(jì)頻率分別為0.33、0.42、0.46。頻率值隨著孔序的加密而逐漸提高，而各序試驗(yàn)孔整孔平均透水呂榮值分別為29.60Lu、19.78Lu、16.26Lu，隨著孔序的加密而降低，符合基礎(chǔ)帷幕灌漿的一般規(guī)律。

4.3檢查孔壓水試驗(yàn)成果分析

試驗(yàn)區(qū)灌漿孔全部灌注結(jié)束后，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)共布置了兩個(gè)檢查壓水孔J-1與J-2，檢查孔逐段采用單點(diǎn)法進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓力按灌漿壓力80%控制（最大不超過(guò)1MPa），J-1孔位于13#與14#孔之間，孔深45m；J-2孔位于17#與18#孔之間，孔深45m。壓水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。全部6段次的壓水實(shí)驗(yàn)中，各段次的透水呂榮值均小于設(shè)計(jì)值5Lu，最大透水呂榮值為3.4Lu，其中最小透水呂榮值為0.2Lu。通過(guò)對(duì)檢查孔的壓水實(shí)驗(yàn)成果分析，采用試驗(yàn)區(qū)布孔形式和灌漿參數(shù)，灌漿帷幕的防滲能力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（透水呂榮值≤5Lu）。

通過(guò)表4檢查孔壓水透水呂榮值與表3帷幕孔壓水透水呂榮值的比較，可以得出如下結(jié)論：

①灌漿前代表原始地層的Ⅰ序孔透水呂榮值小于5Lu的段數(shù)累計(jì)頻率為0.33，而灌后檢查孔透水呂榮值小于5Lu的段數(shù)累計(jì)頻率達(dá)到100%，經(jīng)灌漿后，大壩基礎(chǔ)地層的滲透性顯著下降。

②灌前地層裂隙發(fā)育，各段透水性離散程度較大，經(jīng)過(guò)帷幕灌漿處理后，地層透水性較為一致，形成防滲性均勻的抗?jié)B帷幕。

4.4 檢查孔芯樣檢查

檢查孔J-1與J-2鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)鉆取芯樣測(cè)試，測(cè)得已灌漿段的垂直滲透系數(shù)為4.62×10-5m·s-1，抗?jié)B破壞壓力為2.8MPa。從試驗(yàn)結(jié)果可以得出，采用普通水泥灌漿的方式使砂漿可以填充地層破碎孔隙，而形成密實(shí)、穩(wěn)定的抗?jié)B體，可以滿足壩基繞壩抗?jié)B要求。

5 結(jié)論

①試驗(yàn)表明，試驗(yàn)中所用的施工方法、帷幕孔布置形式及灌漿參數(shù)，可將防水帷幕的抗?jié)B能力提高到透水呂榮值≤5Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

②本次試驗(yàn)采用較為經(jīng)濟(jì)的自上而下分段灌漿法，也能達(dá)到良好灌漿效果，可有效控制單位耗灰量，節(jié)省投資。

③通過(guò)試驗(yàn)可進(jìn)一步分析基礎(chǔ)巖層的可灌性與耗灰量，為下一步的正式開(kāi)展灌漿工作提供指導(dǎo)依據(jù)，為制定合理的資源配置、工效、工期等提供了依據(jù)。

大寨水庫(kù)帷幕灌漿試驗(yàn)部位位于壩基防滲墻底部，經(jīng)灌漿處理后，壩基基礎(chǔ)的綜合透水呂榮值≤5Lu，試驗(yàn)預(yù)期效果，效果良好，可為其他類似工程提供參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李俊峰.金平水電站氣墊式調(diào)壓室無(wú)蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究[J].工程技術(shù)研究，2016（7）：1-2.

[2]楊良權(quán)，李波，雷安平，等.南水北調(diào)大寧調(diào)蓄水庫(kù)帷幕灌漿試驗(yàn)與分析[J].水利水電技術(shù)，2013，44（1）：73-78.

[3]吳洪波.墻幕結(jié)合在深厚覆蓋層中的應(yīng)用[D].中南大學(xué)，2011.

[4]顏碩.基巖帷幕灌漿工藝的應(yīng)用及效果分析[J].北京水務(wù)，2011（6）：35-37.

[5]SL62-2014，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[6]章進(jìn)，侯七.糯扎渡電站廠區(qū)帷幕灌漿施工工藝[J].科技傳播，2012（21）：185-186.